Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  ctblmoli.gi   Sprache: unbekannt

 
#############################################################################
##
##  This file is part of GAP, a system for computational discrete algebra.
##  This file's authors include Thomas Breuer.
##
##  Copyright of GAP belongs to its developers, whose names are too numerous
##  to list here. Please refer to the COPYRIGHT file for details.
##
##  SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
##
##  This file contains methods for Molien series.
##


#############################################################################
##
#F  StringOfUnivariateRationalPolynomialByCoefficients( <coeffs>, <nam> )
##
#T maybe we need more flexible ways to influence how an object is printed or
#T how its string looks like;
#T in this case, I want to influence how the indeterminate is printed.
##
BindGlobal( "StringOfUnivariateRationalPolynomialByCoefficients",
    function( coeffs, nam )
    local string, i;

    string:= "";
    for i in [ 1 .. Length( coeffs ) ] do
      if coeffs[i] <> 0 then
        if   coeffs[i] > 0 then
          if not IsEmpty( string ) then
            Append( string, "+" );
          fi;
          if coeffs[i] <> 1 then
            Append( string, String( coeffs[i] ) );
            if i <> 1 then
              Append( string, "*" );
            fi;
          elif i = 1 then
            Append( string, "1" );
          fi;
        elif coeffs[i] < 0 then
          if coeffs[i] <> -1 then
            Append( string, String( coeffs[i] ) );
            if i <> 1 then
              Append( string, "*" );
            fi;
          elif i = 1 then
            Append( string, "-1" );
          else
            Append( string, "-" );
          fi;
        fi;
        if i <> 1 then
          Append( string, nam );
        fi;
        if i > 2 then
          Append( string, "^" );
          Append( string, String( i-1 ) );
        fi;

      fi;

    od;

    if IsEmpty( string ) then
      string:= "0";
    fi;
    ConvertToStringRep( string );

    # Return the string.
    return string;
end );


#############################################################################
##
#F  CoefficientTaylorSeries( <numer>, <r>, <k>, <i> )
##
##  We have
##  $$
##     \frac{1}{( 1 - x )^k} =
##        \frac{1}{(k-1)!} \frac{d^{k-1}}{dx^{k-1}} \frac{1}{1-x}
##     \mbox{\rm\ where\ }
##     \frac{1}{1 - x} = \sum_{j=0}^{\infty} x^j .
##  $$
##  Thus we get
##  $$
##     \frac{c_i z^i}{( 1 - z^r )^k} =
##     \sum_{j=0}^{\infty} c_i \frac{(j+k-1)!}{(k-1)! j!} z^{r j + i}.
##  $$
##
##  For $p(z) = \sum_{i=0}^m c_i z^i$ where $m = u r + n$ with $0\leq n \< r$
##  we have
##  $$
##     \frac{p(z)}{( 1 - z^r )^k} =
##        \frac{1}{(k-1)!}\sum_{i=0}^m\sum_{j=0}^{\infty}
##            c_i \frac{(j+k-1)!}{(k-1)! j!} z^{r j + i} .
##  $$
##
##  The coefficient of $z^l$ with $l = g r + v$, $0\leq v \< r$ is
##  $$
##     \sum_{j=0}^{\min\{g,u\}} c_{j r + v}
##                 \prod_{\mu=1}^{k-1} \frac{g-j+\mu}{\mu} .
##  $$
##
InstallGlobalFunction( CoefficientTaylorSeries, function( numer, r, k, l )
    local i, m, u, v, g, coeff, lower, summand, mu;

    m:= Length( numer ) - 1;
    u:= Int( m / r );
    v:= l mod r;
    g:= Int( l / r );

    coeff:= 0;

    # lower bound for the summation
    if g < u then
      lower:= u-g;
    else
      lower:= 0;
    fi;

    for i in [ lower .. u ] do

      if (u-i)*r + v <= m then

        summand:= numer[ (u-i)*r + v + 1 ];
        for mu in [ 1 .. k-1 ] do
          summand:= summand * ( i - u + g + mu ) / mu;
        od;
        coeff:= coeff + summand;

      fi;

    od;

    return coeff;
end );


#############################################################################
##
#F  SummandMolienSeries( <tbl>, <psi>, <chi>, <i> )
##
InstallGlobalFunction( SummandMolienSeries, function( tbl, psi, chi, i )
    local x,          # indeterminate
          numer,      # numerator in summands corresp. to `i'-th class
          a,          # multiplicities of cycl. pol. in the denominator
          ev,         # eigenvalues of `psi' at class `i'
          n,          # element order of class `i'
          e,          # `E(n)'
          div,        # divisors of `n'
          d,          # loop over `div'
          roots,      # exponents of `d'-th prim. roots
          r;          # loop over `roots'

    x:= Indeterminate( Cyclotomics );

    if chi[i] = 0 then
      numer := Zero(x);
      a     := [ 1, 1 ];
    else

      ev := EigenvaluesChar( tbl, psi, i );
      n  := Length( ev );
      e  := E(n);

      # numerator of summands corresponding to `i'-th class
      numer:= chi[i] * e ^ Sum( [ 1 .. n ], j -> j * ev[j] ) * One( x );

      div:= ShallowCopy( DivisorsInt( n ) );
      RemoveSet( div, 1 );
      a:= List( [ 1 .. n ], x -> 0 );
      a[1]:= ev[n];

      for d in div do

        # compute $a_d$, that is, the maximal multiplicity of `ev[k]'
        # for all `k' with $\gcd(n,k) = n / d$.
        roots:= ( n / d ) * PrimeResidues( d );
        a[d]:= Maximum( ev{ roots } );
        for r in roots do
          if a[d] <> ev[r] then
            numer:= numer * ( x - e ^ r ) ^ ( a[d] - ev[r] );
          fi;
        od;

      od;

    fi;

    return rec( numer := numer,
                a     := a );
end );


#############################################################################
##
#F  MolienSeries( <psi> )
#F  MolienSeries( <psi>, <chi> )
#F  MolienSeries( <tbl>, <psi> )
#F  MolienSeries( <tbl>, <psi>, <chi> )
##
InstallGlobalFunction( MolienSeries, function( arg )
    local tbl,          # character table, first argument
          psi,          # character of `tbl', second argument
          chi,          # character of `tbl', optional third argument
          numers,       # list of numerators   of sum of polynomial quotients
          denoms,       # list of denominators of sum of polynomial quotients
          R,
          x,            # indeterminate
          tblclasses,   # class lengths of `tbl'
          orders,       # representative orders of `tbl'
          classes,      # list of classes of `tbl' that are not yet used
          sub,          # classes that belong to one cyclic subgroup
          i,            # represenative of `sub'
          n,            # element order of class `i'
          summand,      #
          numer,        # numerator in summands corresp. to `i'-th class
          div,          # divisors of `n'
          a,            # multiplicities of cycl. pol. in the denominator
          d,            # loop over `div'
          r,            # loop over `roots'
          f,            # `CF( n )'
          special,      # parameters of special factor in the denominator
          dd,           # loop over divisors of `d'
          p,            #
          q,            #
          j,            #
          F,            #
          pol,          #
          qr,           #
          num,          #
          pos,          #
          denpos,       #
          repr,         #
          series,       # Molien series, result
          denom,        # smallest common denominator for the summands
          denomstring,  # string of `denom', in factored form
          c,            # coefficients & valuation
          numerstring,  # string of `numer'
          denominfo,    # list of pairs `[ r, k ]' in the denominator
          rkpairs,      # list of pairs of the form `[ r, k ]'
          rr,           # `r' value of the current summand
          kk,           # `k' value of the current summand
          sumnumer,     # numerator of the current summand
          pair,         # loop over `rkpairs'
          min;          # minimum of `kk' and `k' value of the current pair

    # Check and get the arguments.
    if   Length( arg ) = 1 and IsClassFunction( arg[1] ) then
      tbl:= UnderlyingCharacterTable( arg[1] );
      psi:= ValuesOfClassFunction( arg[1] );
      chi:= List( psi, x -> 1 );
    elif Length( arg ) = 2 and IsClassFunction( arg[1] )
                           and IsClassFunction( arg[2] ) then
      tbl:= UnderlyingCharacterTable( arg[1] );
      psi:= ValuesOfClassFunction( arg[1] );
      chi:= ValuesOfClassFunction( arg[2] );
    elif Length( arg ) = 2 and IsOrdinaryTable( arg[1] )
                           and IsHomogeneousList( arg[2] ) then
      tbl:= arg[1];
      psi:= arg[2];
      chi:= List( psi, x -> 1 );
    elif Length( arg ) = 3 and IsOrdinaryTable( arg[1] )
                           and IsList( arg[2] )
                           and IsList( arg[3] ) then
      tbl:= arg[1];
      psi:= arg[2];
      chi:= arg[3];
    else
      Error( "usage: MolienSeries( [<tbl>, ]<psi>[, <chi>] )" );
    fi;

    # Initialize lists of numerators and denominators
    # of summands of the form $p_j(z) / (z^r-1)^k$.
    # In `numers[ <j> ]' the coefficients list of $p_j(z)$ is stored,
    # in `denoms[ <j> ]' the pair `[ r, k ]'.
    # `pol' is an additive polynomial.
    numers:= [];
    denoms:= [];
    R:= UnivariatePolynomialRing(Rationals);
    x:= R.1;
    pol:= Zero( x );

    tblclasses:= SizesConjugacyClasses( tbl );
    classes:= [ 1 .. Length( tblclasses ) ];
    orders:= OrdersClassRepresentatives( tbl );

    # Take the cyclic subgroups of `tbl'.
    while not IsEmpty( classes ) do

      # Compute the next cyclic subgroup,
      # remove the classes of the cyclic subgroup,
      # take a representative.
      sub:= ClassOrbit( tbl, classes[1] );
      SubtractSet( classes, sub );
      i:= sub[1];

      # Compute $v(g) = \frac{\chi(g) \det(D(g))}{\det(z I - D(g))}$
      # for $g$ in class `i'.

      # This is encoded as record with components `numer' and `a'
      # where `a[r]' means the multiplicity of the `r'-th cyclotomic
      # polynomial in the denominator.
      summand:= SummandMolienSeries( tbl, psi, chi, i );

      # Omit summands with zero numerator.
      if not IsZero( summand.numer ) then

        numer:= CoefficientsOfLaurentPolynomial( summand.numer );
        a:= summand.a;

        # Compute the sum over class representatives of the cyclic
        # subgroup containing $g$, i.e., the relative trace of $v(g)$.
        n:= orders[i];
        f:= CF( n );
        numer:= List( ShiftedCoeffs( numer[1], numer[2] ),
                      y -> Trace( f, y ) )
                * ( Length( sub ) / Phi(n) );
        numer:= UnivariatePolynomial( Rationals, numer, 1 );

        # Try to reduce the number of factors in the denominator
        # by forming one factor of the form $(z^r - 1)^k$.
        # But we still want to guarantee that the factors are pairwise
        # coprime, that is, the exponents of all involved cyclotomic
        # polynomials must be equal.

        special:= false;

        if a[1] > 0 then

          # There is such a ``special\'\' factor.

          div:= DivisorsInt( n );
          for d in Reversed( div ) do

            if a[1] <> 0 and ForAll( DivisorsInt(d), y -> a[y] = a[1] ) then

              # The special factor is $( z^d - 1 ) ^ a[d]$.
              special:= [ d, a[d] ];
              for dd in DivisorsInt( d ) do
                a[dd]:= 0;
              od;

            fi;

          od;

        fi;

        # Compute the product of the remaining factors in the denominator.
        F:= One( x );
        for j in [ 1 .. n ] do
          if a[j] <> 0 then
            F:= F * CyclotomicPolynomial( Rationals, j ) ^ a[j];
          fi;
        od;

        if special <> false then

          # Split the summand into two summands, with denominators
          # the special factor `f' resp. the remaining factors `F'.
          f:= ( x ^ special[1] - 1 ) ^ special[2];
          repr:= GcdRepresentation( R, F, f );

          # Reduce the numerators if possible.
          num:= numer * repr[1];
          if special[1] * special[2]
             < DegreeOfLaurentPolynomial( num ) then
            qr:= QuotientRemainder( num, f );
            pol:= pol + tblclasses[i] * qr[1];
            num:= qr[2];
          fi;

          # Store the summand.
          denpos:= Position( denoms, special, 0 );
          if denpos = fail then
            Add( denoms, special );
            Add( numers, tblclasses[i] * num );
          else
            numers[ denpos ]:= numers[ denpos ] + tblclasses[i] * num;
          fi;

          # The remaining term is `numer \* repr[2] / F'.
          numer:= numer * repr[2];

        fi;

        # Split the quotient into a sum of quotients
        # whose denominators are cyclotomic polynomials.

        # We have $1 / \prod_{i=1}^k f_i = \sum_{i=1}^k p_i / f_i$
        # if the $f_i$ are pairwise coprime,
        # where the polynomials $p_i$ are computed by
        # $r_i \prod_{j>i} f_j + q_i f_i = 1$ for $1 \leq i \leq k-1$,
        # $r_k = 1$, and $p_i = r_i \prod_{j=1}^{i-1} q_j$.

        # In the end we have a sum of quotients with denominator of the
        # form $(z^r-1)^k$.  We store the pair $[ r, k ]$ in the list
        # `denoms', and $(-1)^k$ times the numerator in the list `numers'.

        pos:= 1;
        q:= 1;

        while pos <= n do

          if a[ pos ] <> 0 then

            # $f_i$ is the next factor encoded in `a'.
            f:= CyclotomicPolynomial( Rationals, pos ) ^ a[ pos ];
            F:= F / f;

            # $\prod_{j>i} f_j$ is stored in `F', and $f_i$ is in `f'.

            # at first position $r_i$, at second position $q_i$
            repr:= GcdRepresentation( R, F, f );

            # The numerator $p_i$.
            p:= q * repr[1];
            q:= q * repr[2];

            # We blow up the denominator $f_i$, and encode the summands.
            dd:= ShallowCopy( DivisorsInt( pos ) );
            RemoveSet( dd, pos );
            for r in dd do
              p:= p * CyclotomicPolynomial( Rationals, r ) ^ a[ pos ];
            od;

            # Reduce the numerators if possible.
            num:= numer * p;
            if DegreeOfLaurentPolynomial( num )
               > pos * a[ pos ] then
              qr:= QuotientRemainder( num, (x^pos - 1)^a[pos] );
              pol:= pol + tblclasses[i] * qr[1];
              num:= qr[2];
            fi;

            # Store the summand.
            denpos:= Position( denoms, [ pos, a[ pos ] ], 0 );
            if denpos = fail then
              Add( denoms, [ pos, a[ pos ] ] );
              Add( numers, tblclasses[i] * num );
            else
              numers[ denpos ]:= numers[ denpos ] + tblclasses[i] * num;
            fi;

          fi;

          pos:= pos + 1;

        od;

      fi;

    od;

    # Now compute the Taylor series for each summand.
    for i in [ 1 .. Length( numers ) ] do
      num:= CoefficientsOfLaurentPolynomial( numers[i] );
      num:= ShiftedCoeffs( num[1], num[2] );
      if IsEmpty( num ) then
        Unbind( numers[i] );
      else
        numers[i]:= rec( numer := num,
                         r     := denoms[i][1],
                         k     := denoms[i][2] );

        # Replace denominators $(z^r - 1)^k$ by $(1 - z^r)^k$.
        if numers[i].k mod 2 = 1 then
          numers[i].numer:= AdditiveInverse( numers[i].numer );
        fi;
      fi;
    od;

    numers:= Compacted( numers );

    # Sort the summands according to descending `r' component,
    # and for the same `r', according to descending `k'.
    Sort( numers, function( x, y )
                    return x.r > y.r or ( x.r = y.r and x.k > y.k );
                  end );

    pol:= CoefficientsOfLaurentPolynomial( pol );
    pol:= ShiftedCoeffs( pol[1], pol[2] );

    # Compute the display string.
    # First translate the sum of fractions into a single fraction.
    numer:= Zero( x );
    denom:= One( x );
    denomstring:= "";
    denominfo:= [];
    rkpairs:= [];

    for summand in numers do

      rr:= summand.r;
      kk:= summand.k;
      sumnumer:= UnivariatePolynomial( Rationals, summand.numer )
                 * denom;
      for pair in rkpairs do
        if kk <> 0 and pair[1] mod rr = 0 then
          min:= Minimum( kk, pair[2] );
          sumnumer:= sumnumer / ( 1 - x^rr )^min;
          kk:= kk - min;
        fi;
      od;
      if kk <> 0 then
        # Blow up the common denominator.
        numer:= numer * ( 1 - x^rr )^kk;
        denom:= denom * ( 1 - x^rr )^kk;
        Add( rkpairs, [ rr, kk ] );
        Append( denomstring, "(1-z" );
        if 1 < rr then
          Add( denomstring, '^' );
          Append( denomstring, String(rr) );
        fi;
        Add( denomstring, ')' );
        if 1 < kk then
          Add( denomstring, '^' );
          Append( denomstring, String(kk) );
        fi;
        Add( denomstring, '*' );
        Append( denominfo, [ rr, kk ] );
      fi;
      numer:= numer + sumnumer;
    od;
    if not IsEmpty( pol ) then
      numer:= numer + denom * UnivariatePolynomial( Rationals, pol );
    fi;
    numer:= numer / Size( tbl );
    if psi[1] mod 2 = 1 then
      numer:= - numer;
    fi;
    denomstring:= denomstring{ [ 1 .. Length(denomstring)-1] };
    ConvertToStringRep( denomstring );

    c:= CoefficientsOfLaurentPolynomial( numer );
    numerstring:= StringOfUnivariateRationalPolynomialByCoefficients(
        Concatenation( ListWithIdenticalEntries( c[2], 0 ), c[1] ), "z" );

    # Compute the series.
    series:= numer / denom;
#T avoid forming this quotient!
    SetIsUnivariateRationalFunction( series, true );

    # Set the info record.
    SetMolienSeriesInfo( series,
                         rec( summands    := numers,
                              size        := Size( tbl ),
                              degree      := psi[1],
                              pol         := pol,
                              numer       := numer,
                              denom       := denom,
                              denominfo   := denominfo,
                              numerstring := numerstring,
                              denomstring := denomstring,
                              ratfun      := series
                             ) );

    # Return the series.
    return series;
end );


#############################################################################
##
#F  MolienSeriesWithGivenDenominator( <molser>, <list> )
##
InstallGlobalFunction( MolienSeriesWithGivenDenominator,
    function( molser, list )
    local info,
          x,
          one,
          denom,
          pair,
          numer,
          c,
          numerstring,
          denomstring,
          rr, kk,
          coeffs,
          series;

    if not HasMolienSeriesInfo( molser ) then
      Error( "MolienSeriesInfo must be known for <molser>" );
    fi;
    info:= MolienSeriesInfo( molser );

    # Compute the numerator that belongs to the desired denominator.
    list:= Collected( list );
    x:= Indeterminate( Rationals );
    one:= One( x );
    denom:= one;
    for pair in list do
      denom:= denom * ( one - x^pair[1] )^pair[2];
    od;
    numer:= denom * info.numer / info.denom;
    if not IsUnivariatePolynomial( numer ) then
      return fail;
    fi;

    # Create the strings for numerator and denominator.
    c:= CoefficientsOfLaurentPolynomial( numer );
    numerstring:= StringOfUnivariateRationalPolynomialByCoefficients(
        Concatenation( ListWithIdenticalEntries( c[2], 0 ), c[1] ), "z" );

    denomstring:= "";
    for pair in Reversed( list ) do
      rr:= pair[1];
      kk:= pair[2];
      Append( denomstring, "(1-z" );
      if 1 < rr then
        Add( denomstring, '^' );
        Append( denomstring, String(rr) );
      fi;
      Add( denomstring, ')' );
      if 1 < kk then
        Add( denomstring, '^' );
        Append( denomstring, String(kk) );
      fi;
      Add( denomstring, '*' );
    od;
    denomstring:= denomstring{ [ 1 .. Length(denomstring)-1] };
    ConvertToStringRep( denomstring );

    # Create the Molien series object (create the rat. function
    # from the given one, without division).
    coeffs:= CoefficientsOfUnivariateRationalFunction( info.ratfun );
    series:= UnivariateRationalFunctionByExtRepNC( FamilyObj( info.ratfun ),
        coeffs[1], coeffs[2], coeffs[3],
        IndeterminateNumberOfUnivariateRationalFunction( info.ratfun ) );
    SetIsUnivariateRationalFunction( series, true );
#T why is this not automatically maintained?
    SetMolienSeriesInfo( series,
                         rec(
                              # We need not adjust these components
                              summands:= info.summands,
                              size:= info.size,
                              degree:= info.degree,
                              pol:= info.pol,

                              # These components are new.
                              ratfun:= series,
                              numer:= numer,
                              denom:= denom,
                              denominfo := Immutable( list ),
                              numerstring := numerstring,
                              denomstring := denomstring ) );

    # Return the new series.
    return series;
end );


#############################################################################
##
#M  ViewObj( <molser> ) . . . . . . . . . . . . . . . . . for a Molien series
#M  PrintObj( <molser> )  . . . . . . . . . . . . . . . . for a Molien series
##
BindGlobal( "ViewMolienSeries", function( molser )
    molser:= MolienSeriesInfo( molser );
    Print( "( ", molser.numerstring, " ) / ( ", molser.denomstring, " )" );
end );

InstallMethod( ViewObj,
    "for a Molien series",
    [ IsRationalFunction and IsUnivariateRationalFunction
      and HasMolienSeriesInfo ],
    ViewMolienSeries );

InstallMethod( PrintObj,
    "for a Molien series",
    [ IsRationalFunction and IsUnivariateRationalFunction
      and HasMolienSeriesInfo ],
    ViewMolienSeries );


#############################################################################
##
#F  ValueMolienSeries( series, i )
##
InstallGlobalFunction( ValueMolienSeries, function( series, i )
    local value;

    series:= MolienSeriesInfo( series );
    value:= Sum( series.summands,
                 s -> CoefficientTaylorSeries( s.numer, s.r, s.k, i ), 0 );
    if i+1 <= Length( series.pol ) then
      value:=value + series.pol[i+1];
    fi;

    # There is a factor $\frac{(-1)^{\psi(1)}}{\|G\|}$.
    if series.degree mod 2 = 1 then
      value:= AdditiveInverse( value );
    fi;

    return value / series.size;
end );

[ Dauer der Verarbeitung: 0.29 Sekunden  (vorverarbeitet)  ]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....
    

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge